白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置的設計與應用分析

程 偉，張 杰，潘天全，李 娜

（安徽金種子酒業股份有限公司，安徽阜陽 236023）

中國白酒具有獨特的芳香，不但給人們帶來了精神和物質享受，而且創造了巨大的社會價值和經濟價值。白酒固態發酵的蒸料或蒸餾酒操作使用的甑鍋，其蓋盤為雙層不銹鋼材料制備，中間夾層填充保溫材料，再加上蒸汽導管等的重量，使甑鍋蓋盤十分笨重，影響操作的靈活性[1]。甑鍋的敞開式蒸料操作，導致蒸料時蒸汽的大量外散而造成浪費，大量外散的蒸汽導致車間能見度降低，尤其是冬季存在較大的安全隱患[2]。甑鍋起盤時，如果操作人員配合不當，容易出現刮傷或燙傷等安全事故。醅料高出甑口時，起盤操作容易導致甑鍋蓋盤底部邊緣刮掉或壓擠醅料等現象，造成醅料浪費，影響蒸餾效率等。甑鍋蓋盤與蒸汽導管通過環形溝槽實現相互鑲嵌配合，并采用“水封”的方式實現閉合，防止漏汽；蒸汽壓力較大時，容易在接口“水封”處出現漏汽現象，并且進行“水封”補水操作時，存在燙傷等安全隱患。中國實用新型專利公開的手拉式甑鍋蓋盤起盤器（ZL2011205336398）與旋臂式甑鍋起盤器（ZL2015206029944），均對甑鍋蓋盤的起盤方式進行了改進，一定程度上減輕了操作的勞動強度，提高了設備的操作安全性，但是在甑鍋蓋盤與U 型蒸汽導管的連接配合及密閉方式等方面均未做出實質性的改進，仍可能存在漏汽的現象，影響蒸餾效率等，且存在一定的操作安全隱患[3]。

1 設計目的及其具體實施分析

1.1 所要解決的技術問題及其達到的有益效果

當前，我國大多數白酒廠采取的是固態發酵法白酒蒸餾的操作，采用傳統的間歇式甑桶蒸餾，其主要存在蒸餾裝置數量多而分散、勞動強度高、設備使用效率低等弊端，還存在操作環境差、原酒的質量控制難度大、易造成酒蒸氣及酒的風味物質損失等問題[4]。將機械化、自動化、智能化應用到白酒釀造過程中，有利于提高白酒的生產效率和產能，并促進白酒生產企業穩健可持續發展。針對蒸餾甑鍋及其配套裝置的研發與應用，有利于提高白酒蒸餾效率，減輕勞動強度，具有積極的現實意義。針對上述問題，本文設計與分析了一種白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置，該甑鍋蓋盤可以與行車配合使用，能有效減輕勞動強度，確保安全生產，并提高蒸餾效率等。該甑鍋蓋盤的配套裝置連接冷卻設備并可以水平旋轉，尤其適用于白酒固態發酵的蒸料或蒸餾酒操作，以解決手壓式或旋臂式甑鍋起盤器在操作時存在的笨重、緩慢等問題，消除蓋盤時存在的燙傷等安全隱患。

1.2 裝置的設計及其具體實施分析

由圖1、圖2 可知，本文設計的一種白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置，其甑鍋蓋盤屬于機械壓封甑鍋蓋盤，主要由蓋體、鉤環、耐壓彈簧、墊片、彈簧膨脹節1、凹槽等部分組成；其配套裝置主要由基座、底部轉軸、支架、中部轉軸、水平蒸汽導管、上部轉軸、U 型蒸汽導管、傳感器、彈簧膨脹節2、液壓裝置等部分組成。由圖1 可知，U 型蒸汽導管的主體部分固定在支架上，彈簧膨脹節1 的頂部設置有放置墊片的凹槽，三套耐壓彈簧呈120 度設置在彈簧膨脹節1 的四周并配合使用，以緩沖液壓裝置帶來的壓力，并實現與墊片、彈簧膨脹節2 等的緊密閉合，以防止漏氣。四套鉤環對稱設置在蓋體的中下部，與行車等吊裝設備的吊鉤配合使用。由于蒸餾過程中的溫度等特殊要求，彈簧膨脹節1、墊片、彈簧膨脹節2 等均由耐熱、耐壓、耐酸腐蝕的材料制成并配套使用。傳感器設置在U 型蒸汽導管的進氣口一端，可以實現蒸汽壓力與溫度等的電子傳感檢測，以及時調整蒸汽流量，符合蒸料或蒸餾酒的工藝要求。

由圖1 可知，U 型蒸汽導管的一端設置有上部轉軸，上部轉軸與中部轉軸之間設置有水平蒸汽導管并與冷卻設備連接。在支架的基座底部設置有底部轉軸，以實現支架的水平180 度旋轉，與冷卻設備連接的水平蒸汽導管相對固定，并不伴隨支架運動。由圖2 可知，U 型蒸汽導管靠近蓋盤的一端設置有彈簧膨脹節2、液壓裝置等，三套液壓裝置呈120 度設置在彈簧膨脹節2 的四周，配合進行伸展或壓縮運動，以實現與彈簧膨脹節1 的緊密閉合。液壓裝置、上部轉軸、中部轉軸、底部轉軸等配合使用，通過設置運動行程實現自動控制，以實現彈簧膨脹節1 與彈簧膨脹節2 的位置對應，并進一步完成緊密閉合動作。彈簧膨脹節1、彈簧膨脹節2 的套筒內徑相同且均由耐熱耐壓材料制成，墊片由耐熱耐壓材料制成，彈簧膨脹節1、彈簧膨脹節2的套筒內徑相同，墊片厚度略高于彈簧膨脹節1 上端凹槽的深度。

1.3 工作原理及其主要結構特點（圖2）

蓋盤及其與蒸汽導管接口的結構圖如圖2 所示，將墊片放置在彈簧膨脹節頂部的凹槽中，將行車等吊裝設備的吊鉤對稱連接在蓋體的鉤環上，并設置防脫落裝置，再通過行車等吊裝設備將蓋體吊起并與甑鍋鍋體閉合。根據實際距離及設備安裝布局，在電路控制系統設置液壓裝置、上部轉軸、中部轉軸及底部轉軸等的運動行程模式，開啟對應行程使擺臂裝置水平擺動到彈簧膨脹節的對應位置。開啟液壓裝置行程使彈簧膨脹節伸展并與彈簧膨脹節緊密閉合，通過觀察傳感器的指數變化，根據蒸料或蒸餾酒的工藝要求及時調整蒸汽流量。

機械壓封甑鍋蓋盤配合使用的U 型蒸汽導管的主體部分固定在支架上，彈簧膨脹節1 的頂部設置有放置墊片的凹槽，三套耐壓彈簧設置在彈簧膨脹節1 的四周并配合使用，以緩沖液壓裝置帶來的壓力。四套鉤環對稱設置在蓋體的中下部，與行車等吊裝設備的吊鉤配合使用。U 型蒸汽導管靠近支架基座的一端設置有三對轉軸，并設置有水平蒸汽導管與冷卻設備連接。在支架的基座底部設置有底部轉軸，以實現支架的水平轉動，與冷卻設備連接的水平蒸汽導管相對固定，并不伴隨支架運動。

2 生產應用分析與探討

2.1 幾類傳統水封甑鍋蓋盤的結構特點與應用（圖3）

如圖3 所示，傳統壓把式甑鍋蓋盤主要包括蓋體、壓把、水封槽1、蓋體支撐梁、U 型蒸汽導管、水封槽2、蒸汽導管支撐柱等部分，其采用水封的方式以實現蓋盤及冷卻設備與U 型蒸汽導管的連接。傳統壓把式甑鍋蓋盤的起盤采用人工操作的方式，起盤或蓋盤時至少要兩人用力向下壓動或向上抬起盤器把手，起盤的高度也受到較大的限制。蓋體通過蓋體支撐梁的支撐處于與甑鍋上口相近的高度，通過蓋體支撐梁上部的軸承旋轉實現蓋盤在不同甑鍋之間的交替使用。使用傳統壓把式甑鍋蓋盤蒸餾時，水封槽處需及時補水以實現密封，受到蒸餾壓力較大的影響，還可能存在漏氣等弊端，影響蒸餾效率。

如圖4 所示，旋臂式甑鍋起盤器主要包括有左、右甑鍋和懸置在左、右甑鍋上方的前、后支架等部分。前支架的底部轉動安裝有旋轉臂，后支架的底部固定連接有圓弧形導軌。旋轉臂的前端固定連接有可在圓弧形導軌上移動的滾動機構，滾動機構的底部固定連接有手拉葫蘆，手拉葫蘆底部的吊鉤可分別鉤掛在左、右甑鍋端蓋上的掛耳上。該旋臂式甑鍋起盤器實現了對一個甑鍋端蓋的省力提升，沿圓弧形導軌運動到另一個甑鍋的上方后，利用手拉葫蘆緩慢降落蓋上端蓋，達到了省時、省力、方便等效果，解決了手壓式起鍋器裝置起升和降落時存在的笨重、不安全、緩慢等，以及蓋盤時的燙傷安全隱患以及影響蒸餾效率等問題。

如圖5 所示，手拉式甑鍋起盤器主要包括底座、旋轉立柱、平面軸承、手拉葫蘆、轉臂等部分，在固定的底座上設置有圓軸立柱，在圓軸上設置有平面軸承，再將鋼管套在圓軸立柱上，構成旋轉立柱。在旋轉立柱的頂部橫向設置有鋼管，在鋼管的兩端各安裝有滑輪構成轉臂。在甑盤上對稱位置設置有2 對掛鉤，并通過4 根Φ6 cm 的鋼筋與滑輪下方的鋼絲繩連接。手拉葫蘆上部與轉臂一端的滑輪連接，另一端掛鉤通過底座上的連接鉤連接。該手拉式甑鍋起盤器可以實現一人通過手拉葫蘆的起升與降落實現蓋盤的起升或落盤操作，起蓋時拉動手拉葫蘆鏈條即可實現。落蓋時通過快速拉動鏈條，并輔助穩住蓋盤上的連接鋼筋即可。

如圖6 所示，傳統壓把式甑鍋蓋盤在甑鍋起盤時(其結構圖如圖3 所示)，需要工人用力向下壓動起盤器把手，壓下后還需繼續用力向左或者向右推動蓋盤，使其移離甑口；同樣，裝甑結束后要求安全、快速并且不碰到醅料則需要一人用力壓起把手，左右兩邊各需要一人配合拖帶甑鍋蓋的邊緣，緩慢將蓋盤置于甑鍋上口并密封。蓋盤的起升或降落等操作需要兩人配合完成，操作不當時還容易出現刮傷或燙傷手的現象，以及醅料高出甑口時容易出現刮掉或壓擠醅料的現象，影響蒸餾效率。

綜上分析可知，手拉式甑鍋蓋盤起盤器與旋臂式甑鍋起盤器等，其均對甑鍋蓋盤的起盤方式進行改進，與傳統壓把式甑鍋蓋盤相比，減輕了操作的勞動強度，提高了設備的操作安全性；然而，在甑鍋蓋盤與U 型蒸汽導管的連接配合及密閉方式等方面均未做出實質性的改進，均采用水封的方式，仍可能存在漏汽的現象，影響蒸餾效率等。手拉葫蘆與滑輪的使用，解決了甑鍋蓋盤升降的高度問題，但是圓弧形導軌與轉臂的使用，可能導致軌道運動的不順暢以及蓋盤的水平擺動幅度難以控制等問題，且仍然存在操作安全隱患。

2.2 機械壓封甑鍋蓋盤的應用

本文所設計的一種白酒釀酒甑鍋蓋盤屬于機械壓封甑鍋蓋盤，其使用過程主要包括如下操作步驟：（1）根據釀酒生產工藝要求，完成上甑操作；（2）將墊片放置在彈簧膨脹節1 頂部的凹槽中，將行車等吊裝設備的吊鉤對稱連接在蓋體的鉤環上，并設置防脫落裝置，再通過行車等吊裝設備將蓋體吊起并與甑鍋鍋體閉合；（3）根據實際距離及設備安裝布局，在控制面板設置液壓裝置、中部轉軸及底部轉軸等的運動行程模式，開啟對應行程使支架水平擺動到彈簧膨脹節1 的對應位置；（4）開啟液壓裝置行程使彈簧膨脹節2 伸展并與彈簧膨脹節1 緊密閉合；（5）觀察傳感器的指數變化，以便及時調整蒸汽流量，滿足蒸料或蒸餾酒的工藝要求；（6）蒸料或蒸餾酒操作完成后，依次完成彈簧膨脹節2 的壓縮并與彈簧膨脹節1 分離，支架的水平擺動并實現U型蒸汽導管與蓋體的分離。

近年來，隨著工業生產的安全環保意識不斷增強，白酒傳統釀造工藝逐漸難以滿足白酒產業的發展要求[5]；因此，實現固態發酵白酒的蒸料或蒸酒操作時，蒸汽的高效利用、集中回收或再循環再利用等，以提高資源利用率等已成為各白酒廠的重要研究課題，也是白酒蒸餾、節能環保等領域發展的趨勢；同時，蒸餾操作的室外排汽系統有利于改善釀酒車間環境，但是難以實現蒸汽的回收再利用；因此，蒸汽回收也是釀酒車間的現實需要與節約生產成本的要求等[6]。本文所述的白酒釀酒甑鍋蓋盤及其配套裝置，還可以與蒸汽的集中回收或再循環再利用設備相結合使用，以實現蒸汽的循環利用。該設備可以進行蓋盤帶壓蒸料，以有效節約蒸料時間與蒸汽用量，提高蒸料效率。參照機械壓封甑鍋蓋盤及其與蒸汽導管接口的閉合方式（見圖2），采用彈簧膨脹節機械壓封的方式，可以在甑鍋與蓋盤的結合處實現有效閉合，有利于進一步提高蒸餾操作時的密閉性，并節約蒸汽。

2.3 傳統水封與機械壓封甑鍋蓋盤的比較分析

傳統水封與機械壓封甑鍋蓋盤區別主要在于如下幾個方面：（1）甑鍋蓋盤的起盤方式不同，傳統水封甑鍋蓋盤采用人工壓把的方式起盤，機械壓封甑鍋蓋盤采用機械行車吊裝的方式起盤；（2）甑鍋蓋盤與蒸汽導管的連接方式不同，傳統水封甑鍋蓋盤采用雙向圓形水槽的水封方式連接，機械壓封甑鍋蓋盤采用機械液壓調節彈簧膨脹節的方式連接；（3）不同甑鍋之間蓋盤或蒸汽導管的轉換連接方式不同，傳統水封甑鍋通常采用雙甑鍋單蓋盤的設計，蓋盤或蒸汽導管在不同甑鍋之間的轉換采用蓋體支撐梁軸承旋轉的方式，機械壓封甑鍋蓋盤采用設備支架上中下部位的三對轉軸配合旋轉的方式；（4）蒸汽導管與冷卻設備的連接方式不同，傳統水封甑鍋蓋盤采用雙向圓形水槽的水封方式連接，機械壓封甑鍋蓋盤采用固定蒸汽導管的方式連接，U型蒸汽導管通過設備支架的上部轉軸實現與固定蒸汽導管的連接，再接入冷卻裝置；（5）設備整體的控制方式不同，傳統水封甑鍋蓋盤以采用人力手工操作的方式為主，機械壓封甑鍋蓋盤以采用機械化自動控制的操作方式為主。

3 討論與總結

白酒釀造釀造過程中蒸汽的高效利用，已成為白酒行業節能環保領域的重點。與傳統水封甑鍋蓋盤相比較，機械壓封甑鍋蓋盤的密封性能較好，具有減輕勞動強度、設備操作安全性高、明顯提高蒸餾效果等優點。在傳統水封甑鍋蓋盤的基礎上，進行機械壓封甑鍋蓋盤改造，可以充分利用原有設備，以節省設備投資和制作時間，為企業帶來顯著的經濟效益。實際生產操作過程中，該設備需要改進的地方主要是蒸汽流量應該根據蒸餾工藝操作節點的需要進行適當及時的調整，增加蒸汽流量控制與甑鍋內壓力檢測等聯動智能控制設備，或增加蒸餾熱能回收利用設備系統[7]；如果蒸汽流量過快，會導致甑鍋內的壓力過大，可能出現蒸汽從甑鍋與蓋盤結合處四周的“水封”或“糟封”處泄露等問題，導致“沖甑”而影響蒸餾效率，并存在安全隱患。釀酒設備機械化帶來便利的同時也帶來了設備維修問題，電力驅動或智能控制設備的故障，要求維修人員要掌握釀酒工藝、設備電器及自動化等相關知識，對設備維修人員的文化程度與技能水平等均有較高的要求。